Metilena biru dalam penyelidikan strok dan hipoperfusi serebrum: apa yang sebenarnya ditunjukkan oleh tiga model

Arteri tersumbat, kultur sel yang kekurangan bekalan, dan tikus dengan arteri leher yang menyempit kedengaran seperti tiga versi bagi satu eksperimen. Sebenarnya tidak. Setiap satu mengemukakan soalan yang berbeza, dan metilena biru memberikan jawapan yang berbeza dalam setiap satunya. Jika ketiga-tiganya dicampuradukkan, literatur kelihatan bercanggah. Jika dipisahkan, suatu pola yang jelas muncul, yang sebahagian besarnya ditentukan oleh masa pemberian.

Pemisahan itulah tujuan utama ulasan ini. Tiga model tersebut ialah strok fokal akut, kekurangan oksigen-glukosa diikuti pengoksigenan semula dalam sel yang dikultur, dan hipoperfusi serebrum kronik selama beberapa minggu. Mekanisme yang dicadangkan sebagai penghubung ketiga-tiganya melibatkan mitokondria, tetapi hasilnya berbeza kerana konteks metaboliknya berbeza.

Tiga model menjawab soalan yang berbeza

Strok fokal akut pada tikus biasanya dihasilkan dengan menyumbat arteri serebrum tengah, yang disingkatkan sebagai MCAO. Sumbatan menyerupai bekuan menghasilkan teras iskemia yang dikelilingi penumbra, iaitu tisu yang terancam tetapi berpotensi diselamatkan jika aliran darah kembali. Soalan di sini ialah sama ada sesuatu intervensi memperlahankan pembesaran infark atau mengekalkan fungsi sekitar masa reperfusi.

Kekurangan oksigen-glukosa, yang disingkatkan sebagai OGD, beroperasi pada skala yang bertentangan. Sel otak yang dikultur ditempatkan dalam keadaan oksigen hampir sifar tanpa glukosa, kemudian dikembalikan ke medium biasa. Tiada bekuan, tiada peredaran kolateral, tiada tekanan darah, dan tiada sistem imun. Soalannya bersifat selular semata-mata: apa yang berlaku kepada respirasi, ATP, dan kelangsungan hidup apabila substrat hilang lalu kembali.

Hipoperfusi serebrum kronik menggunakan oklusi karotid bilateral kekal pada tikus, yang dikenali sebagai model 2VO. Aliran darah ke otak hadapan menurun dan kekal rendah selama beberapa minggu. Tiada infark fokal yang mendadak dan tiada reperfusi kecemasan. Soalannya ialah sama ada sokongan metabolik selama beberapa minggu dapat mengekalkan salur darah, mitokondria, dan ingatan semasa aliran darah rendah yang berpanjangan.

Oleh itu, peningkatan ingatan selepas sebulan rawatan dalam model 2VO tidak memberikan bukti langsung tentang penyelamatan otak manusia semasa trombektomi kecemasan. Perbezaan ini penting kerana kebanyakan ringkasan yang optimistik mengabaikannya.

Strok akut: perlindungan semasa reperfusi, penangguhan tanpanya

Hasil akut yang paling jelas datang daripada MCAO sementara dengan reperfusi. Tikus menjalani oklusi selama 60 minit, kemudian menerima metilena biru dos rendah secara intravena bermula pada masa reperfusi, dengan dos tambahan pada 3 jam dan pada hari 2. MRI menunjukkan lesi dalam kumpulan kawalan pembawa membesar kira-kira 19 peratus menjelang hari 2, manakala lesi dalam kumpulan yang dirawat mengecil kira-kira 17 peratus, dengan infark akhir kira-kira 30 peratus lebih kecil dan skor neurologi yang lebih baik pada hari 2 dan 7. Kelangsungan hidup tisu teras dan penumbra yang dinilai melalui pengimejan bertambah baik. Literatur neuroperlindungan yang lebih luas membincangkan perlindungan yang diberikan pada masa reperfusi ini bersama penemuan iskemia global dan trauma.

Gambarannya berubah apabila arteri kekal tersumbat. Dalam eksperimen MCAO kekal, metilena biru yang diberikan semasa iskemia berterusan memperlahankan peluasan lesi difusi dan memanjangkan ketidakpadanan perfusi-difusi untuk seketika, dengan aliran setempat yang sedikit lebih baik, tetapi isi padu infark akhir pada 24 jam tidak berbeza secara signifikan. Ia menangguhkan perubahan tisu berisiko menjadi infark tanpa menggantikan keperluan membuka semula salur darah.

Kajian akut ketiga menambah perincian tentang mekanisme dan dos. Satu dos intraperitoneal sejurus selepas oklusi menunjukkan pengurangan infark terbesar, kira-kira 50 peratus, pada dos pertengahan 5 mg/kg berbanding 1 atau 10 mg/kg, bersama skor sensorimotor yang lebih baik. Penulis mengaitkannya dengan struktur mitokondria yang terpelihara dan peningkatan mitofagi, iaitu penyingkiran terpilih mitokondria yang rosak. Oleh itu, dos, laluan pemberian, dan jadual pemberian penting, dan nilai mg/kg pada tikus bukanlah dos strok untuk manusia.

Kultur sel: ubat yang sama membantu atau memudaratkan bergantung pada masa ia diberikan

Eksperimen astrosit paling banyak memberikan pengajaran dan paling kerap disalahpetik. Astrosit korteks primer daripada mencit menjalani kekurangan bekalan yang teruk selama 6 jam pada 0.1 peratus oksigen dalam medium tanpa glukosa, piruvat, atau serum, diikuti pengoksigenan semula selama 24 jam dengan bekalan substrat dipulihkan. Kira-kira separuh sel mati, yang memberi ruang kepada ujian itu untuk menunjukkan kesan dalam mana-mana arah.

Apabila metilena biru hadir semasa fasa kekurangan bekalan, kelangsungan hidup menjadi lebih buruk, bukan lebih baik. Apabila ia diperkenalkan semasa pengoksigenan semula pula, kepekatan mikromolar rendah meningkatkan viabiliti serta penggunaan oksigen, pengambilan glukosa, dan penghasilan ATP. Dalam keadaan biasa, kepekatan yang sama meningkatkan pengambilan glukosa kira-kira 89 peratus pada 0.1 mikromolar dan kira-kira 200 peratus pada 1 mikromolar, dengan glikogen dan aktiviti heksokinase terpelihara selepas kecederaan serta tanpa peningkatan superoksida yang terukur.

Mekanisme ini lebih mudah difahami melalui analogi penjana sandaran. Metilena biru bertindak sebagai pembawa elektron alternatif yang menerima setara penurunan dan memindahkannya ke arah sitokrom c dan kompleks IV, yang menyokong aliran elektron dan sintesis ATP sambil mengurangkan kebocoran elektron di bahagian hulu. Semasa kekurangan bekalan yang teruk, rangsangan itu menjadi kelemahan kerana ia meningkatkan keperluan metabolik ketika oksigen dan glukosa hampir tiada, lalu boleh menghabiskan baki simpanan dengan lebih cepat. Selepas bekalan substrat kembali, sifat yang sama menjadi kelebihan kerana ia membantu mitokondria yang rosak menggunakan oksigen dan glukosa yang dipulihkan dengan cekap. Itulah juga sebabnya penemuan daripada penerangan pemindahan elektron mitokondria perlu disertakan dengan konteks kekurangan bekalan.

Satu peringatan: aturan masa pemberian ini khusus kepada sediaan astrosit tersebut. Satu kajian sel pendamping dengan jenis sel yang berbeza, kekurangan bekalan yang lebih ringan, dan kepekatan yang lebih rendah mendapati perlindungan walaupun dengan pendedahan semasa kekurangan bekalan. Jenis sel, baki oksigen, kepekatan, dan protokol menentukan sama ada kesannya menguntungkan atau memudaratkan.

Aliran darah rendah kronik: ingatan, sitokrom oksidase, dan salur darah selama beberapa minggu

Eksperimen kronik menggunakan rawatan dos rendah setiap hari selama beberapa minggu, bukan satu bolus kecemasan. Dalam kajian pertama, tikus dengan oklusi karotid kekal menerima 4 mg/kg setiap hari selama sebulan, yang diberikan selepas setiap sesi latihan harian untuk menyasarkan pengukuhan ingatan dan bukannya prestasi akut. Haiwan dengan oklusi mempelajari tugasan diskriminasi visual dengan lebih perlahan dan menunjukkan prestasi lebih buruk dalam ujian ingatan yang sukar, manakala kebolehan berenang, aktiviti motor, dan pengecaman bau tidak terjejas. Rawatan harian mengurangkan defisit pembelajaran dan ingatan tanpa mengubah tingkah laku motor umum.

Kajian susulan memetakan sitokrom oksidase, iaitu kompleks IV mitokondria, merentasi 44 kawasan otak selepas rejimen sebulan yang sama. Oklusi menurunkan aktiviti enzim dalam korteks visual, prefrontal, dan peririnal serta hipokampus dan amigdala, dan melemahkan aktiviti yang terselaras antara korteks visual dengan hipokampus. Rawatan mengekalkan aktiviti enzim setempat dan mengukuhkan korelasi metabolik antara kawasan tersebut, manakala aktiviti yang terpelihara berkorelasi dengan prestasi tugasan yang lebih baik. Korelasi ini menerangkan aktiviti enzim metabolik yang terselaras, bukan ukuran langsung keterhubungan fungsian manusia, suatu perkara yang dapat diperjelas melalui ulasan metabolisme tenaga otak.

Satu kajian berasingan selama seminggu menggunakan 2 mg/kg setiap hari dan menambahkan perencat laluan untuk menguji mekanisme. Dengan rawatan, aliran darah serebrum meningkat daripada kira-kira 60 kepada kira-kira 100 mL bagi setiap 100 g seminit, dan ketumpatan vaskular hipokampus meningkat daripada kira-kira 15.1 kepada 23 peratus. Kedua-dua peningkatan berkurang sebahagiannya apabila laluan kelangsungan hidup PI3K/Akt disekat, dan Akt terfosforilasi meningkat dengan rawatan. Penemuan mengenai aliran darah, ketumpatan vaskular, sawar, dan neuron menunjukkan perlindungan neurovaskular yang berkaitan dengan pengisyaratan PI3K/Akt, bukannya kesan metabolik semata-mata.

Mengapa semua ini tidak sama dengan rawatan strok kecemasan

Keadaan makmal yang terkawal ialah sebab hasil ini tidak boleh diterapkan secara langsung. Sel yang dikultur tidak mempunyai trombus atau farmakokinetik. Model 2VO ialah aliran darah rendah global yang berpanjangan, bukan embolus fokal mendadak dengan penumbra yang baru terbentuk beberapa minit. Malah MCAO pada tikus menggunakan haiwan muda yang sihat, anestesia, oklusi yang seragam, dan pemberian dos pada masa yang tepat, tidak seperti pesakit lebih berusia dengan bekuan yang pelbagai, aterosklerosis, hipertensi, diabetes, dan masa permulaan yang tidak diketahui.

Tiada percubaan rawak pada manusia yang diterbitkan telah membuktikan metilena biru sebagai rawatan kecemasan untuk strok iskemia akut. Satu kajian pengimejan manusia yang kadangkala dipetik melibatkan 26 orang dewasa sihat, bukannya pesakit strok, dan satu dos oral mengubah isyarat otak berkaitan tugasan dengan sedikit peningkatan dalam pengingatan semula. Itu menunjukkan aktiviti dalam sistem saraf pusat, bukan keberkesanan terhadap strok. Panduan kecemasan semasa sebaliknya menumpukan pada reperfusi pantas melalui trombolisis intravena bagi pesakit yang layak dan trombektomi bagi oklusi salur darah besar yang sesuai, dan laluan rawatan strok kecemasan standard kekal sebagai satu-satunya pendekatan yang terbukti. Rawatan bagi strok yang disyaki tidak sepatutnya ditangguhkan untuk memberikan metilena biru, dan batasan praktikal ekstrapolasi dos praklinikal menjelaskan mengapa jadual pada tikus tidak boleh dianggap sebagai rejimen klinikal.

Konteks keselamatan mengukuhkan batasan ini. Metilena biru intravena mempunyai amaran berkotak bagi sindrom serotonin yang serius atau membawa maut apabila digabungkan dengan ubat serotonergik termasuk SSRI, SNRI, dan perencat MAO, yang diambil oleh ramai pesakit dalam lingkungan umur yang lazim mengalami strok. Ia dikontraindikasikan dalam kekurangan G6PD kerana risiko hemolisis. Ia juga menghalang pengisyaratan nitrik oksida, yang meningkatkan rintangan vaskular dan tekanan dalam sesetengah keadaan, jadi ia tidak patut digambarkan semata-mata sebagai ubat yang meningkatkan aliran darah otak. Rejimen intravena 1 mg/kg yang diluluskan untuk methemoglobinemia diperoleh bukanlah rejimen strok.

Rumusan yang jujur mempunyai skop yang terhad tetapi asas yang nyata. Sekitar masa reperfusi dalam iskemia fokal sementara, metilena biru dos rendah mengurangkan perkembangan lesi pada tikus. Dalam oklusi kekal, ia menangguhkan tetapi tidak mencegah infark. Dalam astrosit, ia memudaratkan semasa kekurangan bekalan yang teruk dan membantu semasa pengoksigenan semula. Semasa hipoperfusi kronik, ia mengekalkan sitokrom oksidase, salur darah, dan ingatan selama beberapa minggu. Satu pembawa ulang-alik, tiga konteks, tiga jawapan.